JPH01188413A - 半導体シリコン製造用黒鉛材料の精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体用の多結晶シリコンをＣＶＤ法（気相
成長法）で製造する際に使用する電極、ヒータ等の黒鉛
材料の精製方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より半導体用の多結晶シリコンはＣＶＤ法により工
業的に製造されている。これは、反応炉内で通電加熱に
より約１０００℃に保持されたシリコン棒の表面にシリ
コンを気相反応により析出させて、シリコン棒を次第に
太く成長させて行く方法であり、原料ガスとしては３ｉ
ＨＣＮ：＋や５ｉｃｅ４等がＨｚ　と混合されて使用さ
れている。

この方法において重要なのは、炉内で成長するシリコン
を′／η染しないことである。このため、反応炉として
は石英炉や水冷式金属炉が使用され、原料ガスもテンナ
インあるいはそれ以上に精罰されたものが用いられてい
る。また、反応炉に付帯する材料は黒鉛製のものが多い
。

例えば黒鉛製電極はシリコン棒と水冷された金属電極と
の間に介在して、シリコン棒の支持とシリコン棒への通
電とを行う。

また、黒鉛製のヒータは、常温ではシリコンの電気ｉＩ
Ｅ抗率が高いため、そのままでは通電し難いのでこれを
数百度まで予熱して、ｉ＋１電可能な状態にするために
使用するものである。

このような黒鉛材料はＣＶＤ反応の全過程を通して高温
の炉内ガスに曝される。もし、黒鉛材料が半導体シリコ
ン材料の純度上有害なリン、砒素、ボロン等に汚染され
“Ｃいると、これらの有害元素が炉内ガスと反応し、ガ
ス状物質となってシリコンとともにシリコン棒上に析出
し、製品の純度を低下させて製品価値を損ねることにな
る。したがって、黒鉛材料は高純度であることが重要と
なる。

しかるに、電極やヒータといった黒鉛材料は高純度処理
を受けた黒鉛を素材として製造されるものの、機械加工
される過程で汚染を受けることは避けられない。したが
って、電極やこれらの黒鉛部品は使用に先立って高純度
化のための十分な精製を受けることが必要となる。

また、このような黒鉛材料は高価なため、−度使用して
も損傷のないものは再使用することが経済的である。再
使用にあたっては先の使用及び回収の過程での汚染を除
去するため、やはり精製が必要となる。

このような精製方法としては、５ＩＨＣＪ！ｓ、Ｓ＋Ｃ
４ａ、ＨＣＩ等の反応排ガスを精製媒剤として使用する
方法が公知である（特公昭３９−１２２４６号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、Ｓ　Ｉ　ＨＣｌ５　、Ｓ　ｉ　Ｃ１ａ　、Ｈ
ＣＩといった反応排ガスは分離精製後、再度原料ガスと
して使用されるので、このようなガスを黒鉛材料の精製
に使用するのは経済的でない。

また、このようなガスはたとえ使用されたとしても十分
な精製能率を確保するためには高温を必要とし、高温下
では黒鉛材料の表面にシリコンを析出させる危険があり
、精製の目的を十分に達成できない。

本発明は斯かる状況に鑑み、安価なガスで能率よくしか
もシリコンの析出や炉の腐食を生じさせることなく黒鉛
材料を精製できる方法を堤供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の方法は、半導体シリコンの製造に用いる黒鉛材
料を収容した流通型反応炉内に塩素ガスを８００〜１１
００℃で流通させることに特徴がある。

〔作　　用〕

塩素は黒鉛材料に含まれる不純物との反応性が反応排ガ
スより高く、高温下でも黒鉛材料に析出物を生じさせな
い。

本発明の方法は、半導体用シリコンの製造に用いられる
多種多数の黒鉛材料をこの塩素ガスで精製するものであ
り、工業的規模で能率よくしかも高純度の精製を可能に
する。

〔実施例〕

第１図は本発明の方法を実施するのに適した処理容器の
１例を示したものである。

容器１は石英製で、外筒２とその中に外筒２より短（、
かつ取り出し可能に挿入される内筒３とからなる。外筒
２の両端には水冷式のステンレス鋼製端面Ｍ４，５が弾
性シール材６を介して圧着して、外筒２内を封止すると
ともに、弾性シール材６およびその近傍の外筒部分を冷
却する。一方の端面蓋４にはガス導入管７が設けられ、
他方の端面蓋５にはガス排出管８が設けられ、ガス排出
管８はアルカリによる中和設（ｌ！（図示せず）に接続
されている。９は容器１を収容する電気炉である。

第１図の処理容器にて本発明の方法を実施するには、先
ず端面蓋４．５を外し、外筒２の中から内筒３を抜き出
す。そして、内筒３の中に精製しようとする電極、予熱
ヒータ等の黒鉛材料ｌＯを装入する。

次に、内筒３を外筒２の中に挿入し、端面Ｍ４．５で内
部をシールした後、ガス導入管７より筒内にＮ２等の不
活性ガスを注入する。

筒内が不活性ガスで置換された後電気炉９にて筒内を加
熱し、加熱温度に保持しながら、筒内にガス導入管７よ
り塩素ガスを注入する。

このときの加熱温度は８００〜１１００℃とする。８０
０℃未満では塩素ガスと不純物元素との反応が十分でな
く、精製が不十分となり易く、１１００℃超では精製効
果に大きな差がなく加熱のための電力使用量が多くなる
ため不利である。

また、塩素ガス注入量は黒鉛材料中の不純物量が微量で
あるため、塩素の消費量が僅かであるため管内を塩素ガ
ス雰囲気に保持する程度の１〜２１／分で十分である。

注入された塩素ガスは、内筒３内の黒鉛材料を塩化処理
にて精製した後、ガス排出管８より湾外へ排出される。

部外へ排出された塩素ガスは中和設備を経て排出される
。

処理時間は１０時間〜３０時間が適当で黒鉛部品の形状
が大きい場合には、内部からの不純物の拡散に時間を要
するので処理時間を長くすることが望ましい。

塩素ガス注入を所定時間行ったなら、通常は注入ガスを
塩素ガスからＮ２ガス等の不活性ガスに切り換え、筒内
を不活性ガスで置換する。

不活性ガス置換を終えると、加熱を停止卜し、筒内を冷
却した後、端面Ｍ４，５を開き、外筒２内より内筒３を
抜き出して、その内部より黒鉛材料ｌＯを取り出す。

内筒３内より取り出された黒鉛材料ｌＯは半導体用多結
晶シリコンの製造に使用される。

第１図に示されたような２筒式の処理容器は、黒鉛材料
ｌＯの出し入れが容易で、しかも塩素ガスとの反応効率
が高く、黒鉛材料ｌＯを工業的規模で精製するのが好適
と言える。

以上に記した方法により、黒鉛電極を実際に精製した結
果を次に述べる。黒鉛電極は、十分精製された黒鉛素材
を機械加工したものである。

内径１７０ｍ５．長さ１２０００．厚さ１３ｍｍの石英
製内筒の中に黒鉛電極を装入した後、内筒を内径２５０
龍、長さ２５００■ｌ、１！￥さ１５ｆｌの石英製外筒
の中に挿入設置し、外筒内を端面蓋でシールした後、筒
内の空気をＮ２ガスでパージした後、加熱を開始した。

そして、筒内が３００℃に達するまでＮ！ガスを２１Ｌ
Ｚ分で流した後、塩素ガスに切り換え、３００〜９００
℃の間は２７！／分、９００℃に達した後は１１／分で
１０時間塩素ガスを流し続けた。

その後、Ｎ２ガスに切り換えて１０１７分で、３時間流
し、しかる後、加熱を停止して常温まで冷却した。冷却
の間、筒内へはＮ２ガスを３１／分の割合で流し続けた
。

精製を終えた黒鉛電極を用いて小型実験用反応炉で直径
２０龍の多結晶シリコン製造を行い、フロートゾーン法
で単結晶化し、その比抵抗を測定したところＮ−１００
０Ωｃｍ（０，１ｐｐｂａ相当）であり、黒鉛電極の精
製が十分に行われていたことを確認できた。ちなみに、
機械加工をしたままの黒鉛電極を使用して同様のシリコ
ン製造を行った場合はＮ型不純物をＮ−１００Ωｃ１１
（ｌｐｐｂａ相当）含むものであった。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の方法は多結晶
シリコンの製造で使用する黒鉛材料を安価な塩素ガスを
用いて、しかも反応性よく精製するものであり、これに
より精製コストの低減および多結晶シリコンの品、質向
上に多大の効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するのに適した処理容器の
１例を示す断面図である。 図中、２：外筒、３：内筒上４，５：端面蓋、７：ガス
導入管、８：ガス排出管、９：電気炉、ｌＯ：黒鉛材料
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体シリコンの製造に用いる黒鉛材料を収容し
   た流通型反応炉内に塩素ガスを８００〜１１００℃で流
   通させることを特徴とする半導体シリコン製造用黒鉛材
   料の精製方法。